·434· 智能系统学报 第8卷 了模型的复杂度，能以图形化方式建模并方便地转 定了任务路由的一些重要条件实际是无法在Petri 换为计算机可以理解的文本描述方式，为理论模型 网中直接表示的，它需要对Ptmi网进行扩展，使标 的编程实现提供了良好的条件.在此理论基础上构 记和网路能够携带和处理更多的环境信息.环境信 建的水下机器人任务建模与管理系统已经过实践检 息的获取和处理往往相当抽象和复杂，通常只能由 验，能为复杂逻辑流程的快速建模与自动管理提供 高级程序语言编程实现.如果要用Petri网来描述， 极大的便利. 由于Petri网过于严谨和形式化，将不得不增加一系 列的扩展，增加了网系统的复杂程度，使得建模和理 1 Petri网 解都变得更加困难。 Petri网由表示状态的元素“库所”(place)和表 Petri网只描述事物间的依赖关系，没有更高层 示变化的元素“变迁”(transition)组成.联系S和T 的控制流程和其他的人为因素影响，更适合用来描 的是两者间的流关系，用F表示.库所可以容纳标记 述符合自然规律的自然过程.然而水下机器人作为 (token),标记代表网路中流动的资源，资源的流动 人类智能乃至机器智能的执行者，其作业过程无疑 由流关系规定.Petri网结构是固定的，而库所中标记 更接近人为过程.故虽然有人将Petri网引入水下机 的分布是可变的，标记因变迁而形成的不同分布表 器人的任务管理，但描述和理解困难，不易编程实 征了Petri网的不同状态， 现，不适合作为抽象任务的建模工具 水下机器人的任务建模并不困难，只需用到 Petri网的基本概念[3】，如图1及表1中的例子 2工作流模型 所示 工作流模型是对工作业务过程的抽象表示.工 作流的应用通常需要完成业务过程的计算机化，其 模型不仅要让人（不仅是专家，还包括普通用户）容 易读懂，也必须让计算机能够理解。 在库所与变迁的基础上，为了定义出顺序、并 行、选择、循环等常用的过程逻辑，工作流网构造了 相应的结构化组件，为其规定了特殊的符号，供用户 在建模时直接使用[.每一组件均可给出对应的 Peti网建模方法：1)顺序：2)并行，它需要2个基本 图1水下机器人任务示例(Petri网) 的工作流执行原语：“与分支”(AND_split)和“与连 Fig.1 An example of AUV task flow (Petri net) 接”(AND_join),也可将其当做特殊的任务. AND_split能同时发起多个任务，而AND_join能对多 表1库所与变迁的含义 个并行的流程进行同步：3)选择，根据具体的执行情 Table 1 Meanings of places and transition 况进行“多选一”或“多选多”，构造选择路由需要“或 库所含义 变迁含义 分支”(OR_split)和“或连接”(OR_join):4)循环. S:任务开始 T,:AUV布放 对于AND_split、AND_join、OR_split、OR_join这 S2:布放结束 T2:(成功)驶向目标区域 样经常使用的结构，采用图2中特定的符号来表示. S:向目标航行结束 T3:(失败)返回回收位置 S4:重规划成功 T,:(成功)执行作业任务 S:作业任务结束 T,:目标点改变，重新规划 S。:到达回收位置 T。:无法到达目标区，返航 S,:回收完成 T,:作业任务重规划 T,:作业结束，返航 T,:正常回收 T。:回收出现问题或长时间未 反应，紧急上浮 T:加载新的任务指令 图1中的一些库所会产生冲突，例如当S,得到 图2工作流逻辑构件 一个标记时，T2、T,不能同时发生.解决冲突的办法 Fig.2 Logical components of workflow 是由环境提供信息，决定由谁来占用资源所以，决了模型的复杂度ꎬ能以图形化方式建模并方便地转 换为计算机可以理解的文本描述方式ꎬ为理论模型 的编程实现提供了良好的条件.在此理论基础上构 建的水下机器人任务建模与管理系统已经过实践检 验ꎬ能为复杂逻辑流程的快速建模与自动管理提供 极大的便利. １ Ｐｅｔｒｉ 网 Ｐｅｔｒｉ 网由表示状态的元素“库所” (ｐｌａｃｅ)和表 示变化的元素“变迁” ( ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ) 组成.联系 Ｓ 和 Ｔ 的是两者间的流关系ꎬ用 Ｆ 表示.库所可以容纳标记 (ｔｏｋｅｎ)ꎬ标记代表网路中流动的资源ꎬ资源的流动 由流关系规定.Ｐｅｔｒｉ 网结构是固定的ꎬ而库所中标记 的分布是可变的ꎬ标记因变迁而形成的不同分布表 征了 Ｐｅｔｒｉ 网的不同状态. 水下机器人的任务建模并不困难ꎬ只需用到 Ｐｅｔｒｉ 网的基本概念[２￣３] ꎬ如图 １ 及表 １ 中的例子 所示. 图 １ 水下机器人任务示例(Ｐｅｔｒｉ 网) Ｆｉｇ.１ Ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ ＡＵＶ ｔａｓｋ ｆｌｏｗ (Ｐｅｔｒｉ ｎｅｔ) 表 １ 库所与变迁的含义 Ｔａｂｌｅ １ Ｍｅａｎｉｎｇｓ ｏｆ ｐｌａｃｅｓ ａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ 库所含义 变迁含义 Ｓ１ :任务开始 Ｔ１ :ＡＵＶ 布放 Ｓ２ :布放结束 Ｔ２ :(成功)驶向目标区域 Ｓ３ :向目标航行结束 Ｔ３ :(失败)返回回收位置 Ｓ４ :重规划成功 Ｔ４ :(成功)执行作业任务 Ｓ５ :作业任务结束 Ｔ５ :目标点改变ꎬ重新规划 Ｓ６ :到达回收位置 Ｔ６ :无法到达目标区ꎬ返航 Ｓ７ :回收完成 Ｔ７ :作业任务重规划 — Ｔ８ :作业结束ꎬ返航 — Ｔ９ :正常回收 — Ｔ１０ :回收出现问题或长时间未 反应ꎬ紧急上浮 — Ｔ１１ :加载新的任务指令 图 １ 中的一些库所会产生冲突ꎬ例如当 Ｓ２得到 一个标记时ꎬＴ２ 、Ｔ３不能同时发生.解决冲突的办法 是由环境提供信息ꎬ决定由谁来占用资源.所以ꎬ决 定了任务路由的一些重要条件实际是无法在 Ｐｅｔｒｉ 网中直接表示的ꎬ它需要对 Ｐｅｔｒｉ 网进行扩展ꎬ使标 记和网路能够携带和处理更多的环境信息.环境信 息的获取和处理往往相当抽象和复杂ꎬ通常只能由 高级程序语言编程实现.如果要用 Ｐｅｔｒｉ 网来描述ꎬ 由于 Ｐｅｔｒｉ 网过于严谨和形式化ꎬ将不得不增加一系 列的扩展ꎬ增加了网系统的复杂程度ꎬ使得建模和理 解都变得更加困难. Ｐｅｔｒｉ 网只描述事物间的依赖关系ꎬ没有更高层 的控制流程和其他的人为因素影响ꎬ更适合用来描 述符合自然规律的自然过程.然而水下机器人作为 人类智能乃至机器智能的执行者ꎬ其作业过程无疑 更接近人为过程.故虽然有人将 Ｐｅｔｒｉ 网引入水下机 器人的任务管理ꎬ但描述和理解困难ꎬ不易编程实 现ꎬ不适合作为抽象任务的建模工具. ２ 工作流模型 工作流模型是对工作业务过程的抽象表示.工 作流的应用通常需要完成业务过程的计算机化ꎬ其 模型不仅要让人(不仅是专家ꎬ还包括普通用户)容 易读懂ꎬ也必须让计算机能够理解. 在库所与变迁的基础上ꎬ为了定义出顺序、并 行、选择、循环等常用的过程逻辑ꎬ工作流网构造了 相应的结构化组件ꎬ为其规定了特殊的符号ꎬ供用户 在建模时直接使用[４] . 每一组件均可给出对应的 Ｐｅｔｒｉ网建模方法:１)顺序ꎻ２)并行ꎬ它需要 ２ 个基本 的工作流执行原语:“与分支” (ＡＮＤ＿ｓｐｌｉｔ)和“与连 接” ( ＡＮＤ ＿ ｊｏｉｎ )ꎬ 也 可 将 其 当 做 特 殊 的 任 务. ＡＮＤ＿ｓｐｌｉｔ能同时发起多个任务ꎬ而 ＡＮＤ＿ｊｏｉｎ 能对多 个并行的流程进行同步ꎻ３)选择ꎬ根据具体的执行情 况进行“多选一”或“多选多”ꎬ构造选择路由需要“或 分支”(ＯＲ＿ｓｐｌｉｔ)和“或连接”(ＯＲ＿ｊｏｉｎ)ꎻ４)循环. 对于 ＡＮＤ＿ｓｐｌｉｔ、ＡＮＤ＿ｊｏｉｎ、ＯＲ＿ｓｐｌｉｔ、ＯＲ＿ｊｏｉｎ 这 样经常使用的结构ꎬ采用图 ２ 中特定的符号来表示. 图 ２ 工作流逻辑构件 Ｆｉｇ.２ Ｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ｗｏｒｋｆｌｏｗ 􀅰４３４􀅰 智 能 系 统 学 报 第 ８ 卷